Atuadores elétricos e pneumáticosPara válvulas de tubulação: Parece que os dois tipos de atuadores são bastante diferentes e a escolha precisa ser feita de acordo com a fonte de energia disponível no local da instalação. Mas, na verdade, essa visão é tendenciosa. Além das diferenças principais e óbvias, eles também possuem uma série de características únicas menos evidentes.

Os atuadores elétricos e pneumáticos são os dois mecanismos de acionamento mais comuns em sistemas de automação. Normalmente, a decisão de seleção do atuador é tomada na fase inicial do projeto e ele será utilizado até o final do ciclo de vida após a instalação.

Ao escolher o tipo de acionamento do atuador, muitas vezes as pessoas não consideram os parâmetros do fluido de processo na tubulação, mas apenas prestam atenção aos materiais de referência internos do projetista, à situação do fornecimento de energia ou se o local pode fornecer uma grande quantidade de gás pré-fabricado.

No entanto, durante a operação, muitas vezes se constata a necessidade de equipar algumas válvulas com atuadores, ou que os parâmetros do fluido de processo em algumas válvulas se alteram. Surge então a questão: devo manter o atuador original ou substituí-lo por outro para melhorar o desempenho?

Vida útil mais longa

Este artigo apresentará e comparará as principais características de desempenho de atuadores elétricos e pneumáticos.

Em circunstâncias normais, os fabricantes garantem 10.000 ciclos de operação para atuadores elétricos e 100.000 ciclos de operação para atuadores pneumáticos. Obviamente, em termos de número de ciclos de operação, o atuador pneumático tem uma vida útil mais longa devido à sua estrutura mais simples. Além disso, a superfície de contato por fricção do atuador pneumático é feita de elastômero ou polímero, e os anéis de vedação e os elementos guia de plástico desgastados são fáceis de substituir.

Como atuador elétrico, geralmente há uma caixa de redução entre o motor e o eixo de saída. Existem muitas engrenagens que se engrenam umas com as outras, as quais se desgastam durante a operação. Vale ressaltar também que não há necessidade de trocar a graxa lubrificante durante todo o ciclo de vida do atuador pneumático.

Torque

Um dos parâmetros de desempenho mais importantes dos atuadores de válvulas de tubulação é o torque. O torque de um atuador elétrico depende do projeto (componente constante) e da tensão aplicada ao estator. O torque de um atuador pneumático depende do projeto (componente constante) e da pressão do ar comprimido fornecido ao atuador pneumático.

Geralmente, o torque do atuador precisa ser maior que o torque máximo da válvula, ou maior que o torque necessário para mover o elemento de fechamento. Na prática, o torque real da válvula pode ser maior que o torque máximo especificado pelo fabricante e também maior que o torque máximo do atuador. Isso certamente configura uma emergência.

Se você continuar a operar o atuador, poderá danificar o atuador e a válvula. Se o torque da válvula aumentar, o motor aumentará gradualmente o torque até atingir o valor de extração (valor de ruptura). Isso significa que a estrutura mecânica é forçada a produzir e suportar um torque excessivo além da faixa de projeto.

Proteção contra sobretorque

Para evitar danos ao equipamento nas condições mencionadas, o atuador elétrico pode ser equipado com dispositivos especiais. O mais comum é o interruptor de torque, que pode ser mecânico (o princípio de funcionamento comum é o movimento axial linear da engrenagem sem-fim em caso de sobretorque) ou eletrônico (o princípio comum é a medição da corrente do estator ou o efeito Hall). Quando o torque excede o valor máximo projetado, o interruptor de torque interrompe a tensão do estator e para o motor do atuador. Não há necessidade de proteção contra sobretorque em atuadores pneumáticos. Se o torque aplicado à válvula exceder o limite especificado, as propriedades físicas do ar comprimido farão com que o atuador pneumático pare de funcionar. Ao contrário dos atuadores elétricos, o torque de saída dos atuadores pneumáticos não excede o limite de projeto. Pode-se considerar que, se a válvula da tubulação for equipada com um atuador pneumático, o risco de falha do equipamento devido ao torque exceder o valor especificado é eliminado.

Design à prova de explosão

Caso existam produtos perigosos no ambiente de uso, os equipamentos elétricos podem causar uma explosão. Devido às limitações de espaço, os níveis e métodos de proteção em ambientes perigosos não serão abordados neste artigo.

No entanto, é importante ressaltar que equipamentos à prova de explosão devem ser utilizados em ambientes com materiais perigosos.

Em comparação com os atuadores elétricos industriais convencionais, os atuadores elétricos à prova de explosão para válvulas de tubulação são mais caros e têm um projeto mais complexo. Mesmo em ambientes classificados como perigosos, o atuador pneumático não apresenta risco potencial de explosão. Para atuadores pneumáticos, o projeto específico para ambientes perigosos se restringe a posicionadores, válvulas solenoides e chaves fim de curso (Figura 1-3). Consequentemente, se um atuador pneumático com um acessório à prova de explosão for utilizado para operar uma válvula de tubulação, o custo será significativamente menor do que o de um atuador elétrico à prova de explosão com a mesma função.

Posicionamento

Os atuadores pneumáticos apresentam uma das desvantagens mais significativas. Quando o atuador atinge o meio do curso, o posicionamento torna-se mais complexo, o que significa que o posicionamento do carretel da válvula de controle é mais difícil.

Devido às características físicas do ar, a precisão de posicionamento dos atuadores pneumáticos é várias vezes menor do que a dos atuadores elétricos. Se o atuador elétrico utilizar um motor de passo, sua precisão de posicionamento será várias ordens de magnitude maior do que a de um atuador pneumático equipado com um posicionador. Este último só pode ser usado em sistemas que não exigem alta precisão de posicionamento ou controle. Os atuadores pneumáticos usados ​​em válvulas de tubulação possuem características próprias em seu projeto estrutural: todos os componentes do sistema de controle são instalados na superfície externa do atuador, ou seja, fora da estrutura principal. Se for necessário alternar o modo de operação de desligado para controlado, é preciso substituir a válvula solenoide por um posicionador. Como esses dois componentes são instalados na parte externa do atuador pneumático e o projeto da superfície de acoplamento é o mesmo, é mais conveniente remover o distribuidor e instalar o posicionador. Em outras palavras, o mesmo atuador pneumático pode ser usado tanto para desligamento quanto para controle, bastando substituir os acessórios correspondentes (Figura 1-2).